CN104823668A - 硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用，将硒制成水剂，将所述水剂直接投加于目标植物生长的营养液或土壤中。待的番茄植株长至三叶一心时，向营养液或土壤中加入硒的水剂，每隔4～7天添加一次硒的水剂。本发明的硒制剂以适当浓度直接投加于营养液中或土壤中，研究发现，硒可快速提高植物内源褪黑素的含量，不仅可以增强植物对逆境胁迫的抗性，还可以提高产量。

Description

硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用
技术领域
本发明涉及硒的应用技术领域，具体涉及将硒应用于提高植物内源褪黑素含量。
背景技术
褪黑素(melatonin)，又称为美拉酮宁、抑黑素、松果腺素，主要是由哺乳动物和人类的松果体产生的一种结构简单、低分子量的吲哚类激素。研究表明，褪黑素具有促进睡眠、调节时差、抗衰老、调节免疫、抗肿瘤等多项生理功能，已经被开发为产品大量用于人类的保健和医疗。植物中的褪黑素研究起步较晚，但已经证实褪黑素在植物中同样广泛存在，虽然含量极少(通常以pg或ng水平存在)，却在生理调节、增加植物抗逆性方面起着非常重要的作用，比如可以缓解重金属、盐离子等化学物质、UV辐射、温度变化等逆境压力对高等植物的损害，赋予植物抵抗不良环境的能力。
无论是植物体内自身合成的还是外源添加的褪黑素均能增强植物对各种逆境胁迫的适应能力。通过将褪黑素与常规的附加剂混合后制成一定浓度的水剂，叶面喷施或者直接投加应用于营养液中或土壤中，可有效缓解重金属、低温、高温、盐等对植物的损害。但褪黑素对光线敏感，受热易降解，而且不易溶于水，所以在配置水溶液需要先用有机溶剂溶解，喷施时也尽量在弱光黑暗处进行，温度不能太高，实际操作时需要注意各方面的问题。通过外源物质的诱导或者构建转基因植株来提高植物内源褪黑素的含量是最有效且稳定的方法。目前植物体内褪黑素的合成基因只有在水稻、拟南芥等几种模式植物中得到鉴定，最常用的就是将人体或动物的合成基因在植物中表达，不仅周期长，而且受基因同源性的限制，能够获得的转基因材料还比较少。同时，转基因的安全问题还处于争论之中，所以构建转基因植株比较适合于科研应用。
多种因素均可以诱导植物内源褪黑素的含量上升。因此，如果能够筛选到既是植物所必须补充的又能有效诱导褪黑素合成的外源添加物，这对植物抵抗逆境胁迫甚至是增加产量方面将会是非常有意义的。
硒(Se)是自然界中存在于重金属硫化物矿石中的一种微量元素，是生物体必需的营养元素之一。生物体不能自制，只能从环境中获得。无机的硒不能被人体直接吸收利用，植物可以通过转化，将自然环境中的无机硒转化为有机硒。因此，通过土壤中硒的调节，促进植物对硒的适量吸收，对维持人体和动物硒的正常需求量非常重要。此外，外源施加硒，对植物本身来说，既可以调节光合作用，增加产量，又可以增强植物对逆境胁迫如重金属、干旱的抗性。目前已经广泛开展了对植物富硒机理、富硒植物开发的研究，大田生产上也开始增加硒肥的施用。如公开号为CN103435409A的中国专利申请公开了一种植物补硒制剂，按质量份数，每100份制剂中，含有硒酸盐或亚硒酸盐1-5份、复肽核酸1-2份、生物型表面活性剂1-15份，其余为水。大田实验表明能够增加植物体内硒的含量。已有研究表明褪黑素和硒均能够缓解镉胁迫对植物造成的氧化损伤，而在动物中，硒和褪黑素也存在协同保护作用。因此，硒和褪黑素之间可能会存在一定的关系。
发明内容
本发明提供一种硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用，研究发现，硒可快速提高植物内源褪黑素的含量，不仅可以增强植物对逆境胁迫的抗性，还可以提高产量。
一种硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用。
将硒制成水剂，将所述水剂直接投加于目标植物生长的营养液或土壤中。
为减少杂质的影响，优选地，硒溶于去离子水中制成水剂。进一步地，加入硒的水剂后的营养液中硒的浓度为2～4μM/L，更进一步优选为3μM/L。
本发明的硒制剂以适当浓度直接投加于营养液中或土壤中，能够显著提高植物内源褪黑素的含量。
所述目标植物为番茄或水稻。进一步优选为番茄。
进一步地，待番茄植株长至三叶一心时，向营养液或土壤中加入硒的水剂，每隔4～7天添加一次硒的水剂。
当番茄种植于营养液中时，待水培箱中的番茄植株长至三叶一心时，向番茄的营养液中加入硒的水剂，每隔4～7天更换一次添加有硒的水剂的营养液，在营养液中直接加入配好的硒的母液，使营养液中硒的浓度达到2-4μM/L。进一步优选为每隔5天更换一次加有硒的水剂的营养液。
作为优选，所述硒为有机硒或无机硒。
进一步优选，所述有机硒为L-硒-甲基硒代半胱氨酸。
进一步优选，所述无机硒为亚硒酸钠或硒酸钠。
最优选地，所述硒为L-硒-甲基硒代半胱氨酸。本发明的有机硒制剂，主要成分为L-硒-甲基硒代半胱氨酸(L-Se-methylselenocysteine,L-SeMC)，分子式为C4H9NO2Se，分子量为182.08，白色晶体粉末，具蒜样气味。易溶于水，微溶于甲醇、乙醇，在丙酮、乙醚中不溶，易氧化。L-硒-甲基硒代半胱氨酸是一种新型硒源类的食品营养强化剂，与无机硒如亚硒酸钠、硒酸钠相比，具有毒性低，结构明确，含量稳定等优点。硒制剂可通过将硒代半胱氨酸与常规的附加剂混合后制成水剂得到。
与现有的方法技术相比，本发明具有如下有益效果：
以适当浓度的硒制剂直接投加于土壤或营养液中，可快速提高植物内源褪黑素的含量，不仅可以增强植物对逆境胁迫的抗性，还可以提高产量。
作为必需的营养元素，外源施加硒制剂不会产生农产品和环境污染，不仅能够提高植物内源褪黑素的含量，还可以被植物吸收利用，生产富硒农产品，为人体提供营养。
附图说明
图1为L-硒-甲基硒代半胱氨酸结构；
图2为外源硒处理后番茄叶片中的褪黑素及其前体5-羟色胺的含量；
图3为外源硒处理后番茄的生物量、光合速率、硒含量；
图4为镉处理后番茄的生物量和褪黑素含量。
具体实施方式
实施例1
⑴植物材料
番茄(Solanum lycopersicum L.cv.合作903)种子65℃温水浸种催芽后播种于包含草炭和蛭石(3:1，V:V)混合基质育苗钵或者珍珠岩中，出土后按照基质水分情况浇水保持基质湿润。第一片真叶出现后，移入水培箱(40cm×25cm×15cm)中，每个水培箱中4棵番茄苗，海绵固定。营养液采用霍格兰配方，每周更换一次营养液。
(2)硒制剂配置
L-硒-甲基硒代半胱氨酸(济源希健生物医药科技发展有限公司购买)、亚硒酸钠(阿拉丁)、硒酸钠(阿拉丁)分别溶解于去离子水，均配置成100mM母液，避光，4℃保存待用。
(3)实验处理
番茄长至3叶1心时，设计实验。实验共设1个对照，6个处理。处理组分别用3μM/L的半胱氨酸、硒代半胱氨酸(即L-硒-甲基硒代半胱氨酸)、亚硫酸钠、亚硒酸钠、硫酸钠、硒酸钠处理(硒和硫化学性质相似，因此以相应形态的硫化合物来作为对照)。每隔4-7(优选5天)天更换一次营养液，更换营养液的同时处理组重新加入相应的硒或硫，使其在营养液中的浓度维持在3μM/L，10天后取样测定。
(4)褪黑素含量测定
1g样品，10ml色谱甲醇混匀后冰上超声萃取30min，避光震荡过夜。C18SPE固相萃取柱进行纯化洗脱，N2彻底吹干，2ml色谱级甲醇复溶，用0.22μM的极性滤膜过滤样品溶液，4℃避光保存。
HPLC色谱条件：荧光检测器，激发光波长：290nm，发射波长：330nm。
标准溶液配制：准确称取10mg褪黑素标准品，溶于10ml色谱甲醇中混匀，得到1mg/ml的母液4℃避光保存。
绘制标准曲线：色谱甲醇稀释母液配成褪黑素浓度分别为200ng/ml，100ng/ml，50ng/ml，25ng/ml，10ng/ml，5ng/ml的标准溶液。按照色谱条件，进样检测，记录峰面积，然后以峰面积为纵坐标，褪黑素各浓度为横坐标绘制标准曲线。
测定结果如图2所示。不同形态的硫化合物处理与对照相比，褪黑素含量没有差异，而三种形态的硒化合物处理均能提高番茄内源褪黑素的含量，其中以硒代半胱氨酸的效果最好，提高6.4倍。
(5)外源硒处理对番茄的生长促进作用
外源硒处理除了能够直接提高番茄内源褪黑素的含量外，还能促进植物的生长。如图3-1所示，三种形态的硒处理均提高了番茄的生物量(图3-1)，分别提高35％，30％和31％，这表明无机硒和有机硒都对植物的生长有效，并且三种处理间没有明显的差异。同样，在图3-2中，三种形态的硒处理也提高了番茄的光合作用，分别提高15.4％，13.8％和14％。同时，我们测定了不同处理间番茄根部和叶片中硒的含量，结果如图3-3所示，三种处理显著增加根和叶片中硒的含量，其中也是硒代半胱氨酸的效果最好。
(6)番茄对镉胁迫的抗性
硒和褪黑素均能提高植物在逆境胁迫下的抗性。在番茄3叶1心时，3μM/L的硒代半胱氨酸、亚硒酸钠和硒酸钠预处理3天后加入100μM/L的氯化镉，每隔2-3天添加一次营养液，每隔5天更换一次营养液，并重新加入氯化镉，使其浓度维持在100μM/L，15天后取样测定。结果如图4-1所示，镉处理后抑制了植物的生长，而硒预处理之后，植物的生物量增加，同样的，硒代半胱氨酸的效果最好。褪黑素含量的测定与之前的结果一致(图4-2)，硒代半胱氨酸预处理的番茄内源褪黑素含量上升的最多，上调1.24倍。

Claims (10)

1.硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用。
2.根据权利要求1所述硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用，其特征在于，将硒制成水剂，将所述水剂直接投加于目标植物生长的营养液或土壤中。
3.根据权利要求2所述硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用，其特征在于，将硒溶于去离子水中制成水剂。
4.根据权利要求2所述硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用，其特征在于，所述目标植物为番茄或水稻。
5.根据权利要求4所述硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用，其特征在于，所述目标植物为番茄。
6.根据权利要求5所述硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用，其特征在于，待番茄植株长至三叶一心时，向营养液或土壤中加入硒的水剂，每隔4～7天添加一次硒的水剂。
7.根据权利要求6所述硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用，其特征在于，加入硒的水剂后的营养液中硒的浓度为2～4μM/L。
8.根据权利要求2所述硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用，其特征在于，所述硒为有机硒或无机硒。
9.根据权利要求8所述硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用，其特征在于，所述有机硒为L-硒-甲基硒代半胱氨酸。
10.根据权利要求8所述硒在提高植物内源褪黑素含量中的应用，其特征在于，所述无机硒为亚硒酸钠或硒酸钠。
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